Hàng triệu hố đen đang ẩn nấp trong thiên hà của chúng ta

Có một tranh cãi được đưa ra bởi bộ đôi vật lý vũ trụ người Nhật Bản, những người đã đưa ra đề xuất về một cuộc truy lùng hàng triệu “hố đen biệt lập” (Isolated black holes – viết tắt là IBH) có khả năng cư ngụ ngay tại thiên hà của chúng ta.

Những hố đen này, lạc lõng trong bóng tối, lặng lẽ hút vật chất trong vũ trụ - bụi vũ trụ và những vật chất trôi nổi giữa các vì sao. Nhưng quá trình đó không hiệu quả và một lượng lớn vật chất bị đẩy vào không gian với tốc độ lớn.

Các nhà nghiên cứu cho rằng khi dòng chảy đó tác động tới môi trường xung quanh, nó sẽ sản sinh ra những sóng vô tuyến mà các kính viễn vọng vô tuyến của con người có thể phát hiện ra. Nếu các nhà khoa học vũ trụ có thể lọc những sóng này khỏi các nhiễu loạn trong thiên hà, họ có thể phát hiện  những hố đen vô hình này.

Các nhà nghiên cứu đã viết trong báo cáo, dù chưa được đánh giá bởi các nhà khoa học đồng cấp và được công bố vào ngày mùng 1 tháng 7 bằng một bản in sẵn trên arXiv rằng: “Cách nguyên thủy nhất để theo dõi IBH là từ phát xạ tia X của chúng".

Tại sao vậy? Khi các hố đen hút các vật chất từ không gian, những vật chất đó tăng tốc ở phần rìa của chúng và hình thành nên thứ gọi là đĩa bồi tụ. Những vật chất trong đĩa bồi tụ này cọ xát với chính nó và xoay hướng vào vùng chân trời sự kiện – điểm không thể quay lại của một hố đen – phát ra những tia X trong quá trình này.

Đã đến lúc chúng ta đi tìm những hố đen còn đang lẩn trốn.

Nhưng các hố đen biệt lập, với kích cỡ nhỏ hơn so với các hố đen siêu khủng, không phát ra lượng tia X lớn theo cách này. Đơn giản là, không đủ lượng vật chất hay năng lượng trong đĩa bồi tụ của nó để tạo ra tín hiệu tia X lớn. Các cuộc truy tìm IBH bằng tia X trong quá khứ đã thất bại và không đưa ra được kết luận cuối cùng.

Hai nhà nghiên cứu Daichi Tsuna của Đại học Tokyo và Norita Kawanaka của Đại học Kyoto đã viết trong nghiên cứu của họ như sau “Những dòng chảy khiến IBH có thể được phát hiện bằng các bước sóng khác. Những dòng chảy có thể tương tác với các vật chất xung quanh và tạo ra các rung động phi va chạm mạnh ở các mặt. Những rung động này có thể khuếch đại từ trường và tăng tốc các electron, sau đó các electron này sẽ phát ra bức xạ điện từ trong các bước sóng vô tuyến”.

Nói một cách khác, các dòng chảy này sẽ trượt qua các vật chất vũ trụ nếu nó khiến các electron di chuyển với tốc độ có thể tạo ra sóng vô tuyến.

Simon Protegies Zwart, nhà vật lý vũ trụ tại Đại học Leiden, Hà Lan, người không trực tiếp tham gia nghiên cứu của Tsuna và Kawanaka đã nhận định đây là một nghiên cứu thú vị. Protegies Zwart cũng nghiên cứu các bí ẩn của IBH hay còn được gọi là Hố đen khối lượng cỡ trung (Intermediate mass black hole- viết tắt là IMBH).

Protegies Zwart nói: “Đó sẽ là một cách hay để tìm các IMBH. Tôi nghĩ rằng với LOFAR (mảng tần số thấp tại Hà Lan), các nghiên cứu này sẽ có thể được hiện thực hóa nhưng mức độ tiếp nhận có thể sẽ gây ra một số vấn đề”.

Các IBH, theo Protegies Zwart giải thích, được coi là một “liên kết bị thiếu” giữa hai loại hố đen mà các nhà vũ trụ học có thể phát hiện: Hố đen khối lượng ngôi sao có kích cỡ gấp đôi hoặc 100 lần kích cỡ mặt trời, và Hố đen siêu khối lượng, một con thú khổng lồ sống ở trung tâm giải ngân hà có kích cỡ lớn gấp hàng trăm ngàn lần kích cỡ mặt trời của chúng ta.

Hố đen khối lượng ngôi sao đôi khi có thể phát hiện được trong các hệ nhị phân với các ngôi sao bình thường, bởi hệ nhị phân có thể tạo ra các sóng hấp dẫn và các ngôi sao đồng hành có thể cung cấp nhiên liệu cho các vụ nổ tia X lớn. Các hố đen siêu khối lượng có các đĩa bồi tụ lan tỏa nhiều năng lượng đến mức các nhà thiên văn học có thể phát hiện và thậm chí chụp ảnh chúng.

Nhưng IBH, nằm giữa tầm hai loại kia, lại khó phát hiện hơn hẳn. Có rất nhiều vật thể trong không gian mà các nhà thiên văn học nghi có thể là IBH, nhưng những kết quả đó lại không chắc chắn. Nhưng theo nghiên cứu trước đây, bao gồm cả bài báo năm 2017 trong nhật ký hàng tháng của Hiệp hội Thiên văn Hoàng gia, mà Portegies Zwart đồng tác giả, cho thấy hàng triệu IBH có thể đang ẩn náu ngoài vũ trụ.

Tsuna và Kawanaka đã tuyên bố triển vọng tốt nhất cho một cuộc khảo sát vô tuyến về IBH có thể liên quan đến việc sử dụng kính viễn vọng SKA, một kính viễn vọng vô tuyến nhiều phần do được lắp đặt từng cụm tại Nam Phi và Úc. Nó dự kiến sẽ có vùng quét sóng vô tuyến khoảng 1km². Các nhà nghiên cứu tính toán rằng, ít nhất 30 dải sóng IBH tỏa ra sẽ được SKA phát hiện trong lần thử đầu tiên nhằm chứng minh khái niệm đã được lên lịch vào năm 2020. Trong kết luận, họ viết, với SKA hoàn chỉnh (dự kiến giữa năm 2020). sẽ có khả năng quét được lên tới 700km².

Không những SKA có thể tiếp nhận các sóng vô tuyến từ những IBH này, nó còn có thể tính toán chính xác khoảng cách đến những hố đen này nữa. Cho tới lúc đó, những hố đen đang lẩn trốn này sẽ bắt đầu được đưa ra ánh sáng.